EP3769901A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung von geschweissten ringen - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur herstellung von geschweissten ringen Download PDF

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EP3769901A1
EP3769901A1 EP20187696.8A EP20187696A EP3769901A1 EP 3769901 A1 EP3769901 A1 EP 3769901A1 EP 20187696 A EP20187696 A EP 20187696A EP 3769901 A1 EP3769901 A1 EP 3769901A1
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rings
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ring
welding
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EP20187696.8A
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Thomas Wilhelm Müchler
Jan Kreher
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Wilh Kaemper U Co KG GmbH
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Wilh Kaemper U Co KG GmbH
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    • B23K31/00—Processes relevant to this subclass, specially adapted for particular articles or purposes, but not covered by only one of the preceding main groups
    • B23K31/02—Processes relevant to this subclass, specially adapted for particular articles or purposes, but not covered by only one of the preceding main groups relating to soldering or welding
    • B23K31/027—Making tubes with soldering or welding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • B23K33/004—Filling of continuous seams
    • B23K33/006—Filling of continuous seams for cylindrical workpieces
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D53/00—Making other particular articles
    • B21D53/16—Making other particular articles rings, e.g. barrel hoops

Definitions

  • the invention relates to a method for producing welded rings, in which a band with a length corresponding to the ring diameter is bent into a ring and welded at its ends.
  • the invention also relates to a device for producing welded rings.
  • Welded rings of the type considered here are support and clamping rings made of strip steel, which are offered in a wide variety of geometries. Such support and clamping rings usually have a thickness of approx. 2 to 3 mm and a width of approx. 8 to 20 mm. The material strengths of such rings are overall in a range between approx. 250 N / mm 2 to approx. 800 N / mm 2 .
  • the rings that are the subject of the present invention have a relatively low strength between about 250 N / mm 2 to about 400 N / mm 2 . These are usually made by roll bending. The ends are joined by butt welding. Rings of higher strength are mainly laser welded.
  • the invention aims to remedy this.
  • the invention is based on the object of creating a method for producing welded rings which allows laser welding even with relatively low material strengths between approximately 250 N / mm 2 to approximately 400 N / mm 2 . According to the invention, this object is achieved in that the strip ends to be welded together are machined prior to welding.
  • a method for producing welded rings is created, which allows laser welding even with low material strengths.
  • Laser welding does not have any technical advantages in relation to the butt welding used so far; However, the market has recently begun to demand laser-welded rings also in the area of lower material strengths. After machining, the quality of the cut edge is sufficient for laser welding.
  • the unclean cut edges resulting from the severing cut with the aid of the knife and the counter knife are smoothed in such a way that laser welding is reliably possible.
  • the method according to the invention is therefore also suitable for taking modern trends in industry into account and for producing rings which, despite their material strengths, can be laser-welded.
  • the machining takes place by pushing, broaching or scraping.
  • Each of the mentioned cutting, non-cutting machining processes is suitable for providing the required quality of the cut edges.
  • the selection of the respective machining process depends solely on the ideas of the producer or the customer.
  • the bending is advantageously carried out by means of roll bending.
  • the roll bending process is a very simple and therefore inexpensive and at the same time proven process.
  • the material to be bent is advanced through a bending device, so that the material to be bent is bent when it passes the bending device and is bent into the bent ring part. After reaching the ring shape, the ring is separated from the subsequent band.
  • the support and clamping ring chosen as an exemplary embodiment is made from steel strip. It has a cross section of 2 to 3 mm thick and 8 to 20 mm wide. It has a relatively low material strength, which is between approx. 250 N / mm 2 and 400 N / mm 2 .
  • the ring 1 is bent from the steel strip to form a ring.
  • this is done by roll bending.
  • the rolled ring is separated from the steel strip. This is done by means of a separating cut, in which the material is acted on from both sides by means of a knife and counter knife. This creates a separation point.
  • a separation point To complete the ring, it is welded in the area of the separation point 2. According to the invention, laser welding is used here.
  • the separation point 2 or the strip ends to be welded are machined prior to welding. This can be done by pushing, broaching, chiselling or scraping or also by trimming on both sides (so-called “double-sided cut” or “double cutting edge”). All of the methods mentioned are suitable for producing a sufficient quality of the separation point. These smooth the ends of the tape; however, at the same time they leave a sufficient degree of cut to enable laser welding. This can be seen from the Figures 1 and 2 . While a simple separating cut without machining after roll bending does not result in a sufficient amount of material and the gap between the strip ends to be welded is large (cf. Figure 1 ), sufficient material is available after machining (cf. Figure 2 ). The ends of the tape also lie against one another, making them suitable for laser welding.
  • steel strip is continuously added to the device.
  • the first station in the device is the roll bending device, in which the strip can be bent into a ring.
  • the cutting device which consists of a knife and a counter knife, is located directly in the area of the roll bending device. This separates the finished, not yet welded ring 1 from the steel strip.
  • the ring is then transported by means of a transfer to a processing station where the machining takes place.
  • the machining is done by slotting, broaching, chiselling or scraping. Machining in the context of the present invention does not mean machining by means of machining processes such as turning, milling, drilling, reaming, sawing or filing.
  • the welding station to which the ring is transferred by means of a transfer is arranged behind the machining station for machining.
  • the welding station is a laser welding station.
  • the ring 1 is laser welded in the area of the separation point 2, which results in a high quality of the welded connections and at the same time a visually appealing one Design is caused.
  • the ring is finished and can be removed from the device.

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  • Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von geschweißten Ringen (1), bei dem ein Band mit dem Ringdurchmesser entsprechender Länge zu einem Ring (1) gebogen und an seinen Enden verschweißt wird, wobei die miteinander zu verschweißenden Bandenden vor dem Schweißen spanend oder durch beidseitiges Beschneiden bearbeitet werden. Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Vorrichtung zur Herstellung von geschweißten Ringen.

Description

  • Die Erfindung betrifft Verfahren zur Herstellung von geschweißten Ringen, bei dem ein Band mit dem Ringdurchmesser entsprechender Länge zu einem Ring gebogen und an seinen Enden verschweißt wird. Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Vorrichtung zur Herstellung von geschweißten Ringen.
  • Geschweißte Ringe der hier betrachteten Art sind Stütz- und Klemmringe aus Bandstahl, die in unterschiedlichsten Geometrien angeboten werden. Üblicherweise haben solche Stütz- und Klemmringe eine Dicke von ca. 2 bis 3 mm und eine Breite von ca. 8 bis 20 mm. Die Materialfestigkeiten solcher Ringe bewegen sich insgesamt in einem Bereich zwischen ca. 250 N/mm2 bis ca. 800 N/mm2. Die Ringe, die Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind, haben eine relativ niedrige Festigkeit zwischen ca. 250 N/mm2 bis ca. 400 N/mm2. Diese werden üblicherweise durch Rollbiegen hergestellt. Die Enden werden mittels Stumpfschweißen gefügt. Ringe höherer Festigkeit werden überwiegend Lasergeschweißt.
  • Zwar erfüllen auch die durch Stumpfschweißen gefügten Ringe niedrigerer Festigkeit die an sie gestellten Anforderungen; der Markt verlangt jedoch seit neuestem zunehmend lasergeschweißte Ringe, unabhängig von der jeweiligen Materialfestigkeit des Rings.
  • Anders als bei Ringen hoher Festigkeit treten bei Ringen niedrigerer Festigkeit beim Trennvorgang unsaubere Kanten auf. Bei Ringen höherer Festigkeit bestehen diese Schwierigkeiten nicht, weil das Material höherer Festigkeit beim Trennschnitt sauber bricht, so dass die Schnittflächen, an welchen der Ring verschweißt wird, eine ausreichende Qualität haben, um lasergeschweißt werden zu können. Bei Ringen mit relativ niedriger Festigkeit ist dies nicht der Fall. Die Schnittkantenbeschaffenheit ist hier für ein Laserschweißen nicht ausreichend. Beim Trennschnitt mit Hilfe eines Messers und eines Gegenmessers treten vielmehr unsaubere Schnittkanten auf, deren Qualität ein Laserschweißen nicht zulässt. Gleichzeitig dürfen die Schnittkanten auch nicht zu glatte Oberflächen aufweisen, weil dann der für das Laserschweißen erforderliche Schnittgrad nicht vorhanden ist und somit das vom Markt geforderte Laserschweißen nicht eingesetzt werden kann, um einen zuverlässig geschweißten Ring zu schaffen.
  • Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zur Herstellung von geschweißten Ringen zu schaffen, welches ein Laserschweißen auch bei relativ geringen Materialfestigkeiten zwischen ca. 250 N/mm2 bis ca. 400 N/mm2 zulässt. Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die miteinander zu verschweißenden Bandenden vor dem Schweißen spanend bearbeitet werden.
  • Mit der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von geschweißten Ringen geschaffen, welches auch bei geringen Materialfestigkeiten ein Laserschweißen zulässt. Zwar hat das Laserschweißen technisch im Verhältnis zu dem bisher verwendeten Stumpfschweißen keinerlei Vorteile; der Markt verlangt jedoch seit neuestem nach lasergeschweißten Ringen auch im Bereich geringerer Materialfestigkeiten. Nach der spanenden Bearbeitung ist die Schnittkantenbeschaffenheit für ein Laserschweißen ausreichend. Die durch den Trennschnitt mit Hilfe des Messers und des Gegenmessers auftretenden unsauberen Schnittkanten sind dadurch derart geglättet, dass ein Laserschweißen zuverlässig möglich ist. Somit ist das erfindungsgemäße Verfahren geeignet, auch den modernen Trends in der Industrie Rechnung zu tragen und Ringe zu produzieren, die trotz ihrer Materialfestigkeiten lasergeschweißt sein können.
  • In Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die spanende Bearbeitung durch Stoßen, Räumen oder Schaben. Jedes der genannten spanenden, nicht spanabhebenden Bearbeitungsverfahren ist geeignet, die erforderliche Qualität der Schnittkanten bereitzustellen. Die Auswahl des jeweiligen spanenden Verfahrens hängt allein von den Vorstellungen des Produzenten, respektive des Kunden ab.
  • Vorteilhaft erfolgt das Biegen mittels Rollbiegen. Beim Rollbiegeverfahren handelt es sich um ein sehr einfaches und damit preiswertes und gleichzeitig bewährtes Verfahren. Dabei wird in einem Biegevorgang das Biegegut durch eine Biegeeinrichtung hindurch vorgeschoben, so dass das Biegegut beim Passieren der Biegeeinrichtung eine Krümmung erfährt und zu dem Ringbiegeteil gebogen wird. Nach Erreichen der Ringform wird der Ring vom nachfolgenden Band abgetrennt.
  • Andere Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den übrigen Unteransprüchen angegeben. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird nachfolgend im Einzelnen beschrieben. Es zeigen:
    • Figur 1
    die abschnittsweise Darstellung eines Stützt- und Klemmrings im Bereich der Trennstelle nach dem Stand der Technik;
    Figur 2
    die abschnittsweise Darstellung eines Stützt- und Klemmrings im Bereich der Trennstelle gemäß der vorliegenden Erfindung;
  • Der als Ausführungsbeispiel gewählte Stütz- und Klemmring ist aus Bandstahl hergestellt. Er weist einen Querschnitt von 2 bis 3 mm Dicke und 8 bis 20 mm Breite auf. Er hat eine relativ geringe Materialfestigkeit, die zwischen ca. 250 N/mm2 und 400 N/mm2 beträgt.
  • Der Ring 1 wird erfindungsgemäß aus dem Bandstahl zu einem Ring gebogen. Dies erfolgt im Ausführungsbeispiel durch Rollbiegen. Sobald der Rollbiegevorgang so weit fortgeschritten ist, dass der Ring 1 erstellt ist, wird der gerollte Ring vom Bandstahl abgetrennt. Dies erfolgt durch einen Trennschnitt, bei dem von beiden Seiten auf das Material mittels Messers und Gegenmessers eingewirkt wird. Daraus entsteht eine Trennstelle. Zur Fertigstellung des Ringes wird dieser im Bereich der Trennstelle 2 verschweißt. Erfindungsgemäß kommt hier das Laserschweißen zur Anwendung.
  • Da aufgrund der relativ geringen Materialfestigkeit die Trennstelle keine ausreichende Qualität aufweist, wird erfindungsgemäß vor dem Verschweißen die Trennstelle 2 bzw. die zu verschweißenden Bandenden spanend bearbeitet. Dies kann durch Stoßen, Räumen, Meißeln oder Schaben oder auch beidseitiges Beschneiden (sog. "beidseitiger Schnitt" oder "double cutting edge") erfolgen. Alle genannten Verfahren sind geeignet, eine ausreichende Qualität der Trennstelle hervorzurufen. Diese glätten zwar die Bandenden; sie hinterlassen jedoch gleichzeitig ein ausreichendes Maß an Schnittgrad, um das Laserschweißen zu ermöglichen. Erkennbar ist dies anhand der Figuren 1 und 2. Während bei einem einfachen Trennschnitt ohne spanende Bearbeitung nach dem Rollbiegen keine ausreichende Materialmenge vorhanden ist und der Spalt zwischen den zu verschweißenden Bandenden groß ist (vgl. Figur 1), ist nach der spanenden Bearbeitung ausreichend Material vorhanden (vgl. Figur 2). Ebenso liegen die Bandenden aneinander, wodurch sie für ein Laserschweißen geeignet sind.
  • Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Herstellung von geschweißten Ringen wird Bandstahl kontinuierlich der Vorrichtung zugefügt. Erste Station in der Vorrichtung ist die Rollbiegeeinrichtung, in der das Band zu einem Ring biegbar ist. Unmittelbar im Bereich der Rollbiegeeinrichtung befindet sich die Trenneinrichtung, die aus Messer und Gegenmesser besteht. Diese trennt den fertig gestellten, noch nicht geschweißten Ring 1 vom Bandstahl ab. Der Ring wird im Anschluss mittels Transfer zu einer Bearbeitungsstation transportiert, in der die spanende Bearbeitung erfolgt. Die spanende Bearbeitung erfolgt mittels Stoßen, Räumen, Meißeln oder Schaben. Spanende Bearbeitung im Sinne der vorliegenden Erfindung bedeutet nicht die Bearbeitung mittels spanabhebender Verfahren wie Drehen, Fräsen, Bohren, Reiben, Sägen oder Feilen.
  • Hinter der Bearbeitungsstation für die spanende Bearbeitung ist die Schweißstation angeordnet, zu der Ring mittels Transfer weitergeleitet wird. Bei der Schweißstation handelt es sich erfindungsgemäß um eine Laserschweißstation. Dort wird der Ring 1 im Bereich der Trennstelle 2 lasergeschweißt, wodurch eine hohe Qualität der Schweißverbindungen und zugleich eine optisch ansprechende Gestaltung hervorgerufen ist. Nach dem Laserschweißen ist der Ring fertig gestellt und kann der Vorrichtung entnommen werden.

Claims (9)

  1. Verfahren zur Herstellung von geschweißten Ringen, bei dem ein Band mit dem Ringdurchmesser entsprechender Länge zu einem Ring gebogen und an seinen Enden verschweißt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die miteinander zu verschweißenden Bandenden vor dem Schweißen spanend oder durch beidseitiges Beschneiden bearbeitet werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die spanende Bearbeitung durch Stoßen erfolgt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die spanende Bearbeitung durch Räumen erfolgt.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die spanende Bearbeitung durch Schaben erfolgt.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schweißen mittels Laserschweißen erfolgt.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Biegen mittels Rollbiegen erfolgt.
  7. Vorrichtung zur Herstellung von geschweißten Ringen, die eine Biegeeinrichtung umfasst, in deren Bereich sich eine Trenneinrichtung befindet, und eine Schweißstation vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Trenneinrichtung und der Schweißstation eine Bearbeitungsstation für eine spanende Bearbeitung befindet.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Trenneinrichtung von einem Messer und einem Gegenmesser gebildet ist.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweißstation eine Laserschweißstation ist.
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